A fény terjedésének törvényei
A fény elektromágneses hullám. Terjedése közben különböző közegeken és akadályokon keresztülhaladva a legváltozatosabb jelenségeket hozza létre. Ezek értelmezése során a jelenségek magyarázata természetesen általában a hullámtulajdonságokon alapszik. A hullámjelenségek (pl. elhajlás, polarizáció, interfe­rencia) ezért a hullámoptika (fizikai optika) körébe tartoznak.

Vannak azonban olyan jelenségek is, amelyek - bár a mélyebb értelmezésük szintén a hullám-modellen alapul - a gyakorlatban jól kezelhetők a geometriai optika módszereivel is. Az egyszerű síktükörtől a fényképezőgépig a törésen és visszaverődésen alapuló eszközök működésének magyarázata, sőt tervezése is a geometriai optika eszközeivel történik.
Ezért tekintsük át, hogy mik a geometriai és fizikai optika legfontosabb fogalmai és törvényei!
Terjedési irány
A fény terjedésének iránya a geometriai optikában a fénysugár egyenese. A fizikai optika fogalmaival: a tér adott pontján áthaladó fényhullám terjedési iránya az e pontra illeszkedő hullámfrontjának normálisa (a hullámfront érintősíkjára állított merőleges). Ez megfelel az energiaterjedés irányának is.
Fénysugár
A fénysugár a geometriai optikában a lehető legkisebb keresztmetszetűre lehatárolt párhuzamos fénynyaláb. A fizikai optikában a fénysugár a hullámfrontok normálisainak feleltethető meg.
A geometriai optika alaptörvényei
A fény egyenes vonalban terjed.
Különböző közegek határán a fény részben a visszaverődik, részben megtörve folytatja útját.
A fénysugarak függetlenségének elve kimondja, hogy a tér egy pontján keresztül akárhány fénysugár áthaladhat egymás zavarása nélkül.
A fénysugár megfordíthatóságának elve szerint ha a fénysugár a tér egyik pontjából egy bizonyos útvonalon halad a tér másik pontjába, akkor az onnan visszafelé indított fénysugár ugyanazon az úton fog haladni.
A Fermat-elv
A geometriai optika egyik alapvető tétele az úgynevezett Fermat-elv, amely szerint a fény egy A   pontból a B pontba azon az úton jut, amelynek megtételéhez a legkisebb idő szükséges.

Fermat elvéből következik, hogy a fény homogén közegben egyenes vonalban terjed, illetve ez alapján könnyen igazolható a visszaverődés és (kicsivel nehezebben) a törés törvénye is.
FELADAT
Igazold, hogy ha igaz a Fermat-elv, akkor a visszaverődéskor a beesési és visszaverődési szög egyenlő!
Az optikai úthossz
Egy homogén közeg n és s geometriai úthosszúságának szorzata az ún. optikai úthossz vagy fényút. Több közeg esetén a fényút a ∑n i s i szorzatösszeg. Mivel (ahol a 0 indexű értékek a vákuumban, az index nélküliek az adott közegben mért sebesség és út értékei), átszorzás után adódik, hogy n · s = s 0 , vagyis az optikai úthossz egyenlő azzal az úttal, amelyet a fény ugyanakkora idő alatt a vákuumban tenne meg.

Fermat elve szerint tehát két adott pont között a fény azon úton halad, amelyen az optikai úthossz minimális.
A fizikai optika alapjai
(Részletesen lásd az egyes jelenségeknél)

A hullámhossz, frekvencia, terjedési sebesség megfelelnek a  mechanikai hullámoknál megismert fogalmaknak, közöttük fennáll a c=λν összefüggés.

Ha a fény új közegbe lép, a frekvenciája változatlan marad, de terjedési sebessége és hullámhossza megváltozik. A fény színét a fény frekvenciája határozza meg.